Особенности рабочего процесса в трансзвуковых и сверхзвуковых ступеней компрессора.

Трансзвуковые и сверхзвуковые компрессорные решетки позволяют:

1. Спроектировать авиационный компрессор с малыми габаритными размерами и массой, меньшим числом ступеней (при увеличивающихся степенях повышения полного давления), т.е. при повышении напорности и производительности ступеней компрессора.

2. Ступени, рассчитанные на умеренные значения коэффициентов теоретического напора и окружных скоростей, работают на переменных режимах компрессора при повышенных расходах, а на входе в решетки РК и НА возникают повышенные скорости и числа М набегающего потока.

Для получения физической картины обтекания потоком лопатки компрессора в настоящее время используется аппаратура лазерной анемометрии. Не рассматривая подробностей этого метода, отметим, что в корпусе компрессора предусматривается специальное окно, закрытое плексигласом, через которое луч лазера может быть сфокусирован в практически любой точке проточной части по шагу и высоте лопатки. Измеряя время пролета мелких (до 1 мкм) частиц, которые вводятся в изучаемый поток, или, используя эффект Доплера, определяют все три компоненты скорости потока в заданной точке. Перемещая луч по шагу и высоте лопаток, определяют поле скоростей в межлопаточном канале турбомашины.

Результаты измерений (поле изолиний М=const в периферийном сечении ступени) приведены на рис. 6.22. Исследованная ступень вращалась с окружной скоростью u _к=425 м/с (для наблюдения за картиной течения использовался стробоскоп). Диаметр исследуемой ступени составлял величину 400 мм при относительном диаметре втулки =0,5. Густота решетки РК изменялась по радиусу в пределах b / t =1,34...2,0. Максимальное число составляло 1,37.

На рис. 6.22 видно также, что вследствие конечной толщины кромок профилей при их обтекании сверхзвуковым потоком вверх по течению отходят головные волны, проходя которые, в потоке возникают потери (так называемые волновые потери). В данном случае в связи с тем, что входные кромки профилей достаточно тонкие, интенсивность отходящих волн мала. Очевидно, что чем толще входные кромки профилей, тем больше интенсивность головных волн, тем больше возникающие потери. При больших толщинах входных кромок возникают интенсивные отошедшие от кромок головные волны. Очевидно, что при повышенных скоростях набегающего потока следует (это определяется конструктивными и технологическими возможностями) выполнять входные кромки как можно более тонкими.

Рис. 6.22. Схема сверхзвукового обтекания решетки профилей в периферийном сечении ступени компрессора

На стороне разрежения профилей вследствие кривизны профиля, начиная от входных кромок, происходит разгон потока. Поэтому в межлопаточном канале от входных кромок соседнего профиля до стороны разрежения располагается косой скачок уплотнения. Его интенсивность (в рассматриваемом случае также малая) определяется кривизной и толщиной профиля. В профилях дозвуковых ступеней с толстыми входными кромками и большой кривизной профиля разгон потока по стороне разрежения от входных кромок получается значительным (течение типа Прандтля-Майера), поэтому интенсивность замыкающего скачка в межлопаточном канале значительна. При этом помимо возникновения волновых потерь в замыкающем скачке уплотнения при падении этого скачка на профиль из-за значительного повышения давления в пограничном слое происходит его отрыв, что связано с ростом потерь. Для уменьшения этих потерь в профилях решеток, предназначенных для сверхзвуковых ступеней компрессора, входные участки профиля со стороны спинки выполняют прямолинейными, что существенно уменьшает разгон потока по стороне разрежения и интенсивность замыкающего скачка уплотнения. Корыто часто делают плоским.